Простота против хаоса: телескопы и коллайдер опровергли теоретиков

В последние годы наука сделала огромный прорыв в понимании Вселенной, открыв при этом множество неожиданных противоречий. Современные наблюдения с помощью мощных телескопов демонстрируют, что космос в крупных масштабах оказывается удивительно простым и предсказуемым, что в корне не согласуется с популярными теориями. В то же время исследования на мельчайших уровнях в рамках экспериментов, таких как Большой адронный коллайдер, не выявили никаких отклонений от известных законов физики, что добавляет вопросов к сложившимся представлениям о природе мироздания.

Эти открытия оказались неожиданными для многих теоретиков. Сегодня доминирующий теоретический подход сочетает теорию струн, мощную математическую концепцию, пока что без успешных физических предсказаний, и космическую инфляцию — гипотезу, что на очень ранней стадии развития Вселенная стремительно увеличилась в размерах. В сочетании теория струн и инфляция предсказывают невероятную сложность на малых масштабах и полный хаос на больших.

Предполагаемая сложность может принимать самые разнообразные формы. На этом основании, несмотря на отсутствие наблюдательных подтверждений, многие теоретики продвигают идею мультивселенной: неконтролируемого и непредсказуемого космоса, состоящего из множества вселенных с различными физическими свойствами и законами.

Пока что наблюдения показывают совершенно противоположное . Как это объяснить? Один из вариантов — считать, что кажущаяся простота Вселенной является случайностью из-за ограниченного диапазона наблюдений, и что при достижении малых или больших масштабов эта сложность проявится.

Другой вариант — Вселенная действительно проста и предсказуема на обоих уровнях. Если это так, человечество может быть ближе, чем кажется, к пониманию самых фундаментальных загадок космоса, а ответы на некоторые из них уже, возможно, перед нами.

Современная научная парадигма — результат десятилетий работы тысяч теоретиков. В соответствии с теорией струн, основными строительными блоками Вселенной являются крошечные, вибрирующие петли и кусочки субатомных струн. Теория работает только при наличии дополнительных измерений пространства, которые мы не ощущаем, так как они чрезвычайно малы и «свёрнуты».

Это затрудняет проверку теории, поскольку существует практически бесконечное количество возможных способов сворачивания этих измерений, создающих разнообразие физических законов в видимых измерениях.

В то же время космическая инфляция — гипотеза, предложенная в 1980-х для объяснения гладкости и плоскости наблюдаемой Вселенной. В этой теории предполагается, что в младенческом возрасте космос был маленьким и неоднородным, но стремительное расширение выровняло его до наблюдаемой однородности.

За последние десятилетия измерения вариаций плотности проводились с высокой точностью, наблюдая космическое микроволновое фоновое излучение и распределение галактик.

При этом инфляция должна была сформировать длинноволновые гравитационные волны — рябь в пространственно-временной структуре. Однако наблюдения пока не подтверждают этого эффекта. Напротив, улучшение методов наблюдений исключает всё больше моделей инфляции.

Кроме того, на крупных масштабах инфляция могла привести к образованию мультивселенной, где разные области космоса обладают уникальными физическими свойствами. Эта идея остаётся лишь гипотезой, но её сторонники утверждают, что среди множества вселенных должна существовать такая, которая соответствует нашей.

Некоторые учёные предлагают альтернативные теории, которые не требуют инфляции и многомерности. Эти новые гипотезы опираются на наблюдаемую простоту космоса и стремятся объяснить его свойства минимальным набором предположений. Например, модель зеркальной вселенной предполагает, что Большой взрыв можно рассматривать как временную границу, разделяющую наш мир и симметричную Вселенную, где время течёт в обратном направлении.

Эта теория объясняет многие особенности космоса, которые в противном случае кажутся противоречащими основным законам физики. В ней предполагается, что до Большого взрыва существовала обратная Вселенная, которая подчиняется тем же законам симметрии, что и наша, только с противоположным течением времени.

Эти новые идеи пока требуют дальнейших исследований, но уже показали, что Вселенная может быть намного проще и предсказуемее, чем предполагалось ранее. Исследование основополагающих свойств мироздания при поддержке данных наблюдений может позволить человечеству создать более точные теории, отражающие истинную природу космоса.